地下矿山采矿技术的发展研究
丁珩根
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丁珩根,. 地下矿山采矿技术的发展研究[J]. 矿山工程与技术,2024.6. DOI:10.12721/ccn.2024.157406.
摘要: 金属和非金属矿床的地下开采比露天开采更具限制性和难度,随着我国矿产资源的不断开采和开采深度的不断增加,越来越多的露天矿山也需要转为地下开采。在矿床地下开采中,选择科学合理的开采方法和技术,提高开采效率,降低安全风险和开采成本,增加企业利润,促进国民经济发展。随着国内安全形势和环境保护日趋严格,井下矿山企业优化开采技术,促进企业安全、绿色、可持续发展势在必行。
关键词: 地下矿山;采矿技术;发展
DOI:10.12721/ccn.2024.157406
基金资助:

前言:我国的物产资源极为丰富,其中不乏矿资源。根据相关论文以及研究调查来看,我国地下的金属矿产占据矿山总量的90%,以往的露天资源开采模式也正在逐渐向地下区域转变。而在当前我国经济飞速发展,大力推动可持续发展战略的背景下,对于地下矿山开采技术的要求也提出了更高的要求,因此相关部门应当加强技术研究,明确发展趋势,进而保障工程开采水平。

1、地下采矿技术分析

1.1深井技术

在地下深部开采时常用的是深井技术,应用该技术要特别注意卸压机如何运用,在深层开采时,由于矿产开采深度的加深,其岩层、煤层等受到的压力也会更大,因此要全面考虑各煤层垂直距离,各岩层间的承受力也要准确计算,还要确认巷道的位置,卸压时运用专业设备,在进行深井作业时提高安全水平。还要特别注意深井开采时,需要使用大量水源,开采越深,用水量越大,这时要实际开采时要合理进行抽水,这样来保障地下开采人员安全。由于地下深处温度很低,要注意做好温度控制。开采人员可以通过HEMS系统进行降温换热,这样能保证矿井深度温度均衡,避免温度较低影响开采。随着我国矿产的不断开采,我国矿产存储量不断减少,因此要不断加大开采深度来获取更多资源,深层开采是未来的开采方向,要保证深层矿产的高效开发和利用。

1.2崩落采矿法

崩落采矿法是我国金属矿山采矿是常用的一种方法。就具体形式而言,有无底柱分段崩落法和自然崩落法两种。无底柱分段崩落法是上世纪60年代从瑞典引进的,在我国的矿山开采过程中取得了成功实践后,才开始广泛应用到金属矿山的开采工作中。就应用情况而言,无底柱分段式崩落法存在一个非常明显的问题就是需要优化结构参数,参数的优化也会影响技术应用效果。自然崩落法指的是利用岩石的自然应力实现落矿的目的。这种方法在具体工程应用中生产能力较强,采矿成本较低,因此在矿体厚大、矿化均匀并且易于崩落的低品位矿床开采工程中具有非常重要的应用。总而言之,不管是无底柱分段崩落法还是自然崩落法,在具体应用时需要结合矿山的实际情况,在控制成本,提升开采效率的同时,还需要将安全生产工作落到实处。

1.3充填采矿技术

充填采矿技术也是当前较为常用的采矿方法,伴随落矿、运搬及其他作业的同时,用充填料充填采空区,充填的目的是支护采空区两帮岩石,并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。主要适用于矿石和围岩不稳固,不允许有较大暴露面的矿床,例如地表需要保护的矿床、稀有贵金属或高品位的矿床,赋存条件复杂的矿床等。一般来说,这一技术的应用需要使用相关设备,通过机械化开采作业才能得以实现,在我国,这一技术主要包括干式胶结、水泥碎石胶结、尾矿胶结、分级胶结等,而在科技技术的推动下,粗粒级水砂、膏体泵送、泵压输送、高浓度全尾砂自流输送等新型填充工艺得以诞生,并发挥出更加优良的应用优势。例如沙胶填充,不仅能够保障胶结物的浓度,同时也具有不脱水、不收缩的优势,能够有效提升开采与充填效率。

1.4空场采矿技术

空场采矿技术也被称作露天采矿法,这种采矿方式在我国发展历史悠久,同时也是目前地下金属矿山开采工作中技术最为成熟的一种方法。这种空场采矿技术的工作原理是指在采矿过程中持续的回收空场,不需要在地下金属矿产资源开采过程中填埋踩空区域,只需要在采空区域架设知户型结构支撑整个矿井。采用空场采矿技术在开采过程中,首先需要对采矿区域进行切分,将采矿区域分别分为矿房和支柱两个部分,在地下金属矿产资源开采过程中,需要先开采矿房地区然后再对采空区域进行支护工作。空场采矿技术根据矿体结构以及开采特征的不同,可以分为房柱采矿法、综采法、阶段采矿法等几种不同的采矿方式。

根据不完全统计,很多国外的矿产企业采用空场采矿技术的出矿量占地下金属总采矿量的60%以上,其中,尤其是以南非的全面采矿法、加拿大和西班牙的阶段空场采矿法最为突出。尽管不同国家采用的采矿形式具有一定的差异性,但总体上来说,这些国家的大多数都是空场采矿法,主要通过在开采阶段以一些大型的运输装卸设备作为辅助工具进行地下金属矿产资源的开采。

2、 地下矿山采矿的发展

2.1智能化、绿色化

地下采矿技术有很多不同的特征,最主要的是要有智能化和绿色化,也就是在进行矿产资源的开采过程中,运用相关的采矿技术方法需要往智能化和绿色化这两个方面发展,特别是要利用现代化的高新技术进行矿产资源的开采,如计算机技术、GPS定位技术等先进技术,依靠这些高科技的手段可以更好的更细致的管理矿产资源的开采,这样可以在第一时间处理和解决开采矿产资源过程中遇到的各种问题,保证矿产开采工作人员的自身安全,提高矿产资源的开采效率。绿色化是在未来矿产资源开采过程中要重视保护环境,高效率的开采矿产资源,减少矿产资源的浪费,不能只是一味的大量开采矿产资源而不注意矿区周边生态环境的保护,防止产生大量的资源浪费,在以后的地下开采矿产资源的过程中要时刻注意保护采矿工作人员的人身安全,不要随意破坏矿区周边的环境,要保证矿产资源的有效开采,实现绿色化的采矿方式。

2.2加强新型材料研发

充填采矿技术涉及面广泛,施工过程复杂,且采矿场位置较为固定,结构类型不统一,没有固定的施工方法。因此,采矿企业要加强在新型充填材料方面的研究,适应新时期生产作业的发展需求。充填材料主要由胶结剂及骨料组成,如今除了一些常规的砂石、水泥等常规充填材料的使用,材料外加剂也逐渐开始被广泛应用。例如使用速凝剂可缩短凝固时间;使用减水剂可提升矿体强度;使用减阻剂可降低管道输送阻力。这些材料的使用,均能有效提升采矿的作业效率。在日后的研究中,仍要加强试验与改进,全面完善充填技术。

2.3大规模开采模式

随着我国科学技术水平的不断发展,各个行业得到了质的飞跃。为了能够推动我国经济的快速发展,必须要提升地下金属矿山的开采质量和效果。采用先进的开采技术和工艺,开展大规模的开采模式,满足我国对于金属制品的消费需求。在近几年时间里,我国对于大规模金属矿山开采研究主要是通过采用无轨开采的高阶段自然崩落法和高分段大间距的无底柱分段崩落法。为了能够更好的扩大金属矿的开采规模,必须要对金属矿大规模开采进行深入的研究。避免因出现金属矿坍塌或者金属矿资源被大量开发,而产生的严重危害。通过将信息化、科学化、自动化等开采技术融入到大规模金属开采过程中,能够减少金属矿资源的浪费,提高开采效率。

2.4高效化发展

在我国当前的竞争性市场中,地下矿山开采效率从一定程度上体现了企业的竞争能力。为了抢占更多的市场份额,可以通过改善现有开采设备、研发新型开采设备等方式,提升地下矿山开采效率。以采矿激光测位这种新型设备为例,在地下矿山开采作业中,该设备的应用可以将凿岩台车纳入计算机控制范畴中。当开采作业使得凿岩台车车厢内部出现粘结物时,计算机能够及时发出指令,实现粘结物的自动去除。从本质角度来讲,采矿激光测位设备的应用有效缩短了开采作业所需的时间,为企业带来更多的经济利润。

结束语:综上所述,在我国社会发展的推动下,矿山资源的需求量日益增多,极大程度地推动了矿产开采技术的发展。而在未来发展中,矿山开采技术也会朝向自动化、环保化、数字化等方向发展,在保障资源开发水平的同时,加强环境治理,实现矿产行业的可持续发展。

参考文献

[1] 杨庆元,魏诚.地下金属矿山开采技术发展趋势探索[J].世界有色金属,2023,(01):46-48.

[2] 张明,孟坤.地下采矿技术及地下采矿的发展趋势探析[J].内蒙古煤炭经济,2019(16):186+188.

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